Farklı katyon içeren silisyum karbür seramiklerinin sıvı fazsinterlemesi ve karakterizasyonu

Abstract

Silisyum karbür (SiC) esaslı seramikler, sahip oldukları üstün mekanik mukavemetleri, termal ve kimyasal kararlılıkları, yüksek ergime sıcaklıkları, oksitlenme ve aşınma dirençleri ve tüm bu özelliklere bağlı olarak uzun süreli kullanım ömrüne sahip olmaları sebebiyle çeşitli fonksiyonel mühendislik uygulamalarında tercih edilmektedirler. SiC esaslı seramiklerin üretiminde yaygın olarak sıcak presleme yöntemi kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında, daha düşük sıcaklıklarda çalışmak ve üretim maliyetini düşürmek amacı ile sıvı faz sinterleme yöntemi kullanılmıştır. SiC esaslı seramiklerin mekanik özelliklerini geliştirmek için yapıda bulunan gözenekleri, farklı katkı maddeleri kullanarak sıvı faz sinterleme mekanizması ile Gaz Basınçlı Fırında(GPS) ve Spark Plazma Sinterleme (SPS) yöntemleri ile argon atmosferi altında farklı sıcaklıklarda, sinterleme sürelerinde ve belirlenen basınç altında en aza indirerek daha yoğun bir malzeme elde edilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışmada, 1950°C'de Al2O3, Y2O3, MgAl2O4, Kaolen, Sc2O3 ve HfO2 katkıları kullanılarak SiC seramiklerinin GPS ve SPS yöntemleri ile üretimi yapılmıştır. Elde edilen oksit katkılı SiC seramiklerinin Arşimed metodu ile bağıl yoğunlukları ölçültür. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Saçılımlı X-Işını (EDX) ve X-Işını Kırınım (XRD) yöntemleriyle içyapı incelemeleri ve faz analizleri yapılmıştır. Numunelerin sertlik ve kırılma tokluğu değerleri Vickers indentasyon yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır.Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda SPS yöntemi ile %15 oranında çeşitli oksit bileşiklerle katkılanarak sinterlenen SiC seramiklerinin fiziksel ve mekanik özelliklerinin olumlu yönde arttığı gözlemlenmiştir.Anahtar Sözcükler: Silisyum Karbür, SPS, Sinterleme Katkıları, Nadir Toprak Oksitleri, Fiziksel ve Mekanik Özellikler

Silicon carbide (SiC) based ceramics have wide application areas because of long term properties due to their high mechanical strengths, thermal and chemical stabilities, high melting points, oxidation and wear resistances. Hot pressing is widely used in production of SiC based ceramics. In this thesis, liquid phase sintering was used to decrease sintering temperature, pressure and to reduce the cost. SiC based ceramics were sintered by Gas Pressure Sintering (GPS) and Spark Plasma Sintering (SPS) techniques at different sintering temperatures, time and at a set pressure in Argon atmosphere in order to enhance the physical and mechanical properties, to reduce the porosity and to obtain high density ceramics. In this study, SiC ceramics were sintered at 1950°C via GPS and SPS methods with sintering additives as Al2O3, Y2O3, MgAl2O4, Kaolen, Sc2O3 and HfO2. Relative density of SiC based ceramics was measured by Archiemede's method. The chemical composition was characterized by X-Ray Diffraction (XRD), and the microstructure of the samples was examined by using Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive X-Ray (EDX). The hardness and the fracture toughness of SiC ceramics were evaluated by the vickers indentation technique.As a result of this study, it has been concluded that the physical and mechanical properties of the SiC based ceramics were increased positively with addition of 15 weight % various oxide additives via SPS technique.Keywords: Silicon Carbide, SPS, Sintering Additives, Rare-Earth Oxides, Physical and Mechanical Properties